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C语言的内存的分配机制

时间:2014-04-27来源:网络 作者:未知点击:
指向字符串常量的指针和字符串数组在使用时是有区别的。
看下面两个函数 //执行通过,返回“hello world”
char *PtrChar()
{
char *pc = "hello world";
return *r;
}
//执行错误,不能返回局部变量
char *ArrChar()
{
char ac[] = "hello world";
return ac;
}
出现上面的原因在于指针pc指向的字符串“hello world”存放在文字常量区,而数组ac中存放的字符串存放在栈区,当函数结束时,栈中的数据自动释放。再看下面:
char* r = "hello word!";//
char b[]="hello word!";
//错误,r指向的是文字常量区,在编译时就确定的,在程序结束时自动释放。试图修改文字常量会引起错误
*r = 'w'; //正确,修改数组中的第一个字符,b是在栈上分配的
*b = 'w'; 一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分: 1、栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区(heap) — 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。
3、全局区(静态区)(static)—,全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的,程序结束后由系统释放。
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。二、例子程序
//main.cpp
int a = 0; 全局初始化区
char *p1; 全局未初始化区
main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈 //"123456/0"在文字常量区,而指针p3在栈上,p3指向文字常量区上一片内存
char *p3 = "123456";
static int c =0; 全局(静态)初始化区 //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); //123456/0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
strcpy(p1,"123456");
} 二、堆和栈的理论知识
2.1申请方式
stack:
由系统自动分配。例如,声明在函数中一个局部变量int b;系统自动在栈中为b开辟空间
heap:
需要程序员自己申请,并指明大小,在c中malloc函数,如p1 = (char *)malloc(10);在C++中用new运算符,如p2 = new char[10],但是注意p1、p2本身是在栈中的。 2.2
申 请后系统的响应栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的 链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序, 另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆 结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。 2.3申请大小的限制
栈:在Windows下,栈是向低 地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因 此,能从栈获得的空间较小。堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表 的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。 2.4申请效率的比较:


                                        栈由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。
堆 是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便. 另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,他不是在堆,也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存,虽然用起来 最不方便。但是速度快,也最灵活 2.5堆和栈中的存储内容
栈: 在函数调用时,第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由 右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址, 也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。 2.6存取效率的比较char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在运行时刻赋值的;
而bbbbbbbbbbb是在编译时就确定的;
但是,在以后的存取中,在栈上的数组比指针所指向的字符串(例如堆)快。
比如:
#include <stdio.h>;
void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}
对应的汇编代码
10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al
第一种在读取时直接就把字符串中的元素读到寄存器cl中,而第二种则要先把指针值读到edx中,在根据edx读取字符,显然慢了。 2.7小结:
堆和栈的区别可以用如下的比喻来看出:
使 用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快 捷,但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。堆和栈的区别主要分:
操作系统方面的堆和栈,如上面说的那些,不多说了。
还 有就是数据结构方面的堆和栈,这些都是不同的概念。这里的堆实际上指的就是(满足堆性质的)优先队列的一种数据结构,第1个元素有最高的优先权;栈实际上 就是满足先进后出的性质的数学或数据结构。虽然堆栈,堆栈的说法是连起来叫,但是他们还是有很大区别的,连着叫只是由于历史的原因。
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